Elektrische Synapsen: wie sie sind und wie sie im Nervensystem funktionieren

Das Hauptmerkmal unseres Nervensystems ist seine Fähigkeit, Informationen von einer Zelle zur anderen zu übertragen. Diese interzelluläre Kommunikation erfolgt auf verschiedene Weise, und eine davon ist durch elektrische Synapsen, kleine Schlitze, die den Durchgang von elektrischem Strom ermöglichen.

Obwohl diese Art von Synapse eher typisch für wirbellose Tiere und niedere Wirbeltiere ist, wurde sie auch in einigen Bereichen des Nervensystems von Säugetieren, einschließlich Menschen, beobachtet.

In den letzten Jahren haben elektrische Synapsen zugunsten zahlreicherer und komplexerer chemischer Synapsen an Bedeutung verloren. In diesem Artikel werden wir sehen, wie diese elektrischen Synapsen aussehen und was sie charakterisiert.

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Was sind elektrische Synapsen?

Die Übertragung von Informationen zwischen Neuronen erfolgt auf der Ebene einer spezialisierten Verbindung, die als Synapse bekannt ist. In diesem synaptischen Raum kommunizieren und nutzen Neuronen hauptsächlich zwei Wege: die Synapse Chemie, wenn die Informationsübertragung durch Freisetzung von Substanzen oder Neurotransmittern erfolgt, und die elektrisch.

In elektrischen Synapsen sind die Membranen von prä- und postsynaptischen Neuronen durch eine Gap Junction oder Gap Junction verbunden. durch die elektrischer Strom von einer Zelle zur anderen und direkt fließt.

Diese Gap-Junction-Kanäle haben einen niedrigen Widerstand (oder eine hohe Leitfähigkeit), dh den Durchgang von elektrischem Strom, entweder Ionen positiv oder negativ geladen, fließt es vom präsynaptischen zum postsynaptischen Neuron und erzeugt entweder eine Depolarisation oder a Hyperpolarisation.

Hyperpolarisation und Depolarisation

Im Ruhezustand hat ein Neuron ein Ruhepotential (Potenzial über der Membran) von -60 bis -70 Millivolt. Dies impliziert das das Innere der Zelle ist gegenüber dem Äußeren negativ geladen.

In einer elektrischen Synapse tritt eine Hyperpolarisation auf, wenn das Membranpotential an einem bestimmten Punkt negativer wird der neuronalen Membran, während eine Depolarisation auftritt, wenn das Membranpotential weniger negativ (oder höher) wird positiv).

Beide Hyperpolarisation wie Depolarisation auftreten, wenn Ionenkanäle (Proteine, die den Durchgang bestimmter Ionen durch die Zellmembran) der Membran öffnen oder schließen, was die Fähigkeit bestimmter Arten von Ionen verändert, in die Zelle einzudringen oder sie zu verlassen. Zelle.

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Unterschiede zu chemischen Synapsen

Aus funktionaler Sicht Die Kommunikation zwischen Neuronen über elektrische Synapsen unterscheidet sich wesentlich von der an chemischen Synapsen. Der Hauptunterschied ist die Geschwindigkeit: Bei letzterem gibt es eine synaptische Verzögerung, wenn das Aktionspotential die erreicht präsynaptischen Terminal, bis der Neurotransmitter freigesetzt wird, während an elektrischen Synapsen die Verzögerung praktisch ist nicht existent.

Diese interzelluläre Kommunikation mit einer so hohen Geschwindigkeit ermöglicht die gleichzeitige funktionale Kopplung (eine Synchronisation) von Netzwerken von Neuronen, die durch elektrische Synapsen verbunden sind.

Ein weiterer Unterschied zwischen elektrischen und chemischen Synapsen liegt in ihrer Regulation.. Letztere müssen einem komplexen mehrstufigen Prozess folgen, der zahlreiche Kontrollpunkte unterliegt, die letztendlich zur Freisetzung und Bindung des Neurotransmitters an den Rezeptor führen. All dies steht im Gegensatz zur Einfachheit elektrischer Synapsen, bei denen interzelluläre Kanäle den bidirektionalen Fluss von Ionen und kleinen Molekülen in fast jeder Situation ermöglichen.

Vorteile elektrischer Synapsen gegenüber chemischen Synapsen

elektrische Synapsen sind am häufigsten bei weniger komplexen Wirbeltieren und in einigen Bereichen des Gehirns von Säugetieren. Sie sind schneller als chemische Synapsen, aber weniger plastisch. Diese Art von Synapse hat jedoch einige sehr bemerkenswerte Vorteile:

Bidirektionalität

elektrische Synapse hat eine bidirektionale Übertragung von Aktionspotentialen. Die Chemie kann jedoch nur in eine Richtung kommunizieren.

Koordinationsfähigkeit

Die Synchronisation der neuronalen Aktivität wird in elektrischen Synapsen erzeugt, wodurch Nervenzellen miteinander koordinieren können.

Geschwindigkeit

In Bezug auf die Kommunikationsgeschwindigkeit ist sie in elektrischen Synapsen aufgrund der Tatsache, dass Aktionspotentiale schneller sind durch den Ionenkanal wandern, ohne dass Chemikalien freigesetzt werden müssen.

Nachteile

Elektrische Synapsen haben auch Nachteile gegenüber chemischen Synapsen. Hauptsächlich, dass sie ein erregendes Signal von einem Neuron nicht in ein hemmendes Signal in einem anderen umwandeln können. Das heißt, ihnen fehlt die Flexibilität, Vielseitigkeit und Fähigkeit, Signale zu modulieren, die ihre chemischen Gegenstücke besitzen.

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Eigenschaften dieses Synapsentyps

Die meisten interzellulären Kanäle, die elektrische Synapsen bilden sind spannungsabhängig; das heißt, seine Leitfähigkeit (oder umgekehrt sein Widerstand gegen den Durchgang von elektrischem Strom) ändert sich als Funktion der Potentialdifferenz auf beiden Seiten der Membranen, die die Verbindung bilden.

In manchen Gewerkschaften sogar diese Kanalspannungsempfindlichkeit ermöglicht, dass depolarisierende Ströme nur in einer Richtung geleitet werden (was als Gleichrichtung von elektrischen Synapsen bekannt ist).

Es kommt auch vor, dass die meisten Kommunikationskanäle als Reaktion auf die Abnahme des intrazellulären pH-Werts oder geschlossen werden aufgrund einer Erhöhung des zytoplasmatischen Calciums (im Zytoplasma werden viele Stoffwechselvorgänge der Zelle).

Es wurde vermutet, dass diese Eigenschaften eine schützende Rolle spielen, indem sie die Entkopplung verletzter Zellen von anderen Zellen bewirken, da in der Erstens gibt es einen signifikanten Anstieg von Calcium und zytoplasmatischen Protonen, die benachbarte Zellen beeinflussen könnten, wenn sie die Kanäle überqueren. Kommunikatoren.

neuronale Konnektivität

Zahlreiche Untersuchungen konnten nachweisen, dass Neuronen nicht anarchisch miteinander verbunden sind, sondern die Beziehungen zwischen verschiedenen Nervenzentren Richtlinien befolgen, die über eine bestimmte Tierart hinausgehen und für die Tiergruppe charakteristisch sind.

Diese Konnektivität zwischen verschiedenen Nervenzentren entsteht während der Embryonalentwicklung und wird im Laufe des Wachstums und der Entwicklung perfektioniert. Die Grundverdrahtung bei den verschiedenen Wirbeltieren zeigt eine allgemeine Ähnlichkeit, ein Spiegelbild von Genexpressionsmustern von gemeinsamen Vorfahren geerbt.

Während der Differenzierung eines Neurons wächst sein Axon, gesteuert durch die chemischen Eigenschaften der sich bildenden Strukturen. es auf seinem Weg findet, und diese dienen als Referenz, um zu wissen, wie es sich innerhalb des neuronalen Netzwerks positionieren und positionieren kann.

Studien zur neuronalen Konnektivität haben auch gezeigt, dass es normalerweise eine vorhersagbare Übereinstimmung zwischen der Position von Neuronen gibt im Ursprungszentrum und das seiner Axone im Bestimmungszentrum, um genaue topografische Karten der Verbindung zwischen beiden erstellen zu können Zonen.

Bibliographische Referenzen:

• Wachsmann, S. (2012). Klinische Neuroanatomie. Padua: Piccin.